模電課程設計波形發(fā)生器資料doc

1、一設計題目波形發(fā)生電路二設計任務和要求要求:設計并制作用分立元件和集成運算放大器組成的能產生方波三角波和正弦波的波形發(fā)生器指標:輸出頻率分別為:102HZ103HZ和104Hz;輸出電壓峰峰值VPP20V三原理電路設計:(1)方案的提出方案一:先由文氏橋振蕩產生一個正弦波信號(右圖)把文氏橋產生的正弦波通過一個過零比較器從而把正弦波轉換成方波把方波信號通過一個積分器轉換成三角波方案二: 由比較器和積分器構成方波三角波產生電路(下圖) 然后通過低通濾波把三角波轉換成正弦波信號方案三: 由比較器和積分器構成方波三角波產生電路(電路圖與方案二相同) 用折線法把三角波轉換成正弦波(下圖)(2)方案的比

2、較與確定方案一:文氏橋的振蕩原理:正反饋RC網絡與反饋支路構成橋式反饋電路當R1=R2C1=C2即f=f0時,F=1/3Au=3然而,起振條件為Au略大于3實際操作時,如果要滿足振蕩條件R4/R3=2時,起振很慢如果R4/R3大于2時,正弦波信號頂部失真調試困難RC串并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對稱,且選擇性較差因此放棄方案一方案二:把滯回比較器和積分比較器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng),就構成三角波發(fā)生器和方波發(fā)生器比較器輸出的風波經積分可得到三角波三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉形成方波,這樣即可構成三角波和方波發(fā)生器通過低通濾波把三角波轉換成正弦波是在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下使用

3、然而,指標要求輸出頻率分別為102HZ103HZ和104Hz 因此不滿足使用低通濾波的條件放棄方案二方案三:方波三角波發(fā)生器原理如同方案二比較三角波和正弦波的波形可以發(fā)現,在正弦波從零逐漸增大到峰值的過程中,與三角波的差別越來越大;即零附近的差別最小,峰值附近差別最大因此,根據正弦波與三角波的差別,將三角波分成若干段,按不同的比例衰減,就可以得到近似與正弦波的折線化波形而且折線法不受頻率范圍的限制,便于集成化綜合以上三種方案的優(yōu)缺點,最終選擇方案三來完成本次課程設計(3)單元電路設計viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo1此電路由反相輸

4、入的滯回比較器和RC電路組成RC回路既作為延遲環(huán)節(jié),又作為反饋網絡,通過RC充放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UtUo通過R3對電容C正向充電反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高,當t趨于無窮時,Un趨于+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut隨后,Uo又通過R3對電容C反向充電Un隨時間逐漸增長而減低,當t趨于無窮大時,Un趨于-Uz;但是,一旦Un=-Ut,再減小,Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz,Up從-Ut躍變?yōu)?Ut,電容又開始正相充電上述過程周而復始,電路產生了自激振蕩運算發(fā)

5、大器A1與R1R2及R3RP1組成電壓比較器,C1為加速電容,可加速比較器的翻轉運放的反相端接基準電壓,即U-=0,同相輸入端接輸入電壓Uia,R1稱為平衡電阻比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc,低電平等于負電源電壓-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 當比較器的U+=U-=0時,比較器翻轉,輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc設Uo1=+ Vcc,則 將上式整理,得比較器翻轉的下門限單位Uia_為 若Uo1=,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為 比較器的門限寬度: 由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性運放A2與R4RP2C2及R5組成反相積

6、分器,其輸入信號為方波Uo1,則積分器的輸出Uo2為: 時, 時, 可見積分器的輸入為方波時,輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波,其波形關系比較器與積分器形成閉環(huán)電路,則自動產生方波-三角波三角波的幅度為: 方波-三角波的頻率f為: 運算放大器U5A與R17R15構成一個放大系數為10的反相比例運算放大電路通過反相放大而達到峰峰值大于20V運算放大U4B構成三角波轉換正弦波的三段折線法當三角波幅值為0-0.28V時,反饋電阻為R8=27K當三角波幅值增大到0.28到0.84V之間時反饋電阻為R8/R16=11K當三角波幅值大于0.84V時,反饋電阻為R8/R16/R7=80因此,通過電容

7、C3的隔直與電位器R11的分壓,選擇幅值約為1.2V左右的三角波輸入運算放大器U4B,再由三段折線法轉換成近似與正弦波的折線化波形(由計算機計算分析表明,三段折線法的折線化波形與正弦波相似95%)由仿真軟件得輸出正弦波幅值約為1.25V最后,運算放大U3A為反相比例運算放大由折線法轉換得來的正弦波經過運算放大U3A的反相放大得到峰值為10.5V左右的正弦波(4)元件選擇:選擇集成運算放大器由于方波前后沿與用作開關的器件U1A的轉換速率SR有關,因此當輸出方波的重復頻率較高時,集成運算放大器A1應選用高速運算放大器集成運算放大器U2B的選擇:積分運算電路的積分誤差除了與積分電容的質 量有關外,主

8、要事集成放大器參數非理想所致因此為了減小積分誤差,應選用輸入失調參數(VI0Ii0Vi0/TIi0/T)小,開環(huán)增益高輸入電阻高,開環(huán)帶較寬的運算放大器反相比例運算放大器要求放大不失真因此選擇信噪比低,轉換速率SR高的運算放大器經過芯片資料的查詢,TL082雙運算放大轉換速率SR=14V/us符合方波產生電路而U2B選擇通用型的LM741.兩個反相比例運算放大選擇號稱“音響之皇”的NE5532低噪運算放大器該雙運算放大轉換速率SR=9V/us選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管Dz的作用是限制和確定方波的幅度,因此要根據設計所要求的方波幅度來選穩(wěn)壓管電壓Dz為了得到對稱的方波輸出,通常應選用高精度的雙向穩(wěn)

9、壓管電阻為1/4W的金屬薄膜電阻電容為普通瓷片電容與電解電容開關為自鎖式單刀三擲開關四電路調試過程與結果:波形頻率:通過精確電位器R5R19R20使得三種波形頻率連續(xù)可調因此頻率100100010000Hz都正確無誤通過實際電路測試,波形在50-24000Hz頻率范圍內不失真波形峰峰值:波形理論值/V實測值/V方波25.11424.3三角波26.77328.2正弦波26.59924.4理論設計數據方波峰峰值 實測方波峰峰值理論設計數據三角波峰峰值: 實測三角波峰峰值:理論設計數據正弦波峰峰值: 實測正弦波峰峰值:誤差分析a.電阻的誤差為5%,這是造成誤差主要原因b.仿真所加電壓18V,實測時芯

10、片所加電壓為16Vc.示波器讀數時的誤差五總結優(yōu)點:設計作品輸出波形基本不失真 波形頻率達到100100010000Hz并且在100-10000Hz的范圍內連續(xù)可調 波形峰峰值皆大于20V符合了設計要求的全部指標 焊接板排版縝密,焊接沒有跳線缺點:方波在頻率為10000Hz時峰峰值轉換時差為5-6us導致方波出現了失真 正弦波由折線法把三角波折線而來導致了其還存在一定的差別 電路的電源輸入由于沒有保護電路在調試時正負電源接反而把芯片燒了針對3個缺點各自的改進方案: 缺點1:把方波產生電路的運算放大換成超高轉速的集成運算放大器例如:LM318H 缺點2:本設計是由三段折線法把三角波轉換成正弦波的

11、為使產生的折線化波形更加接近正弦波,可以用4段折線法或者5段甚至6段 缺點3:在電源接入端加上二極管保護電路(右圖),這樣即可以保證正負電源接反時不導通,又可以在把直流電源電錯接成交流電時起整流橋的作用電路以后可改進方案: 通過以下電路(修改反饋電阻),實現方波占空比可調 通過以下電路實現三角波鋸齒波產生電路六心得體會:“失敗乃成功之母”從一開始時的調試到最后完成課程設計我焊接拆除重復接近了10次在這10次的過程中我明白了成功是建立在以前失敗經驗的基礎上的還有,做啥事都不能半途而廢用永不放棄的精神在自己選擇的道路上堅持走下去,成功就離我不遠啦!在這次設計過程中,體現出自己單獨設計的能力以及綜合

12、運用知識的能力,體會了學以致用并且從設計中發(fā)現自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié),從而加以彌補同時,這次模擬電子課程設計也讓我認識到以前所學知識的不深入,基礎不夠扎實,以致于這次在設計電路圖的時候,需要重復翻閱課本的知識我深深知道了知識連貫運用的重要性七主要參考書目:1童詩白華成英,模擬電子技術基礎2吳慎山,電子技術基礎實驗3周譽昌蔣力立,電工電子技術實驗4廣東工業(yè)大學實驗教學部,Multisim電路與電子技術仿真實驗八附錄:完整的電路圖完整物品清單元件類型元件序號元件型號數量元件類型元件序號元件型號數量集成運放 U15TL082CN1金屬膜電阻 6U34NE55321R2100K1U2LM7411R42401穩(wěn)壓管D1D21N47422R1410K1二極管D3-81N41486R1551K1電解電容C350V1R1624K1瓷片電容C11041R827K1精密電位器R5R115K2R97.5K1R1950K1R71001R20500K1R1233K1開關單刀三擲自鎖型1R13175.1K2主要芯片基本參數TL082CN NE5532SymbolTypUnitVio3mVIio5pAIib20pAAvd200V/mVSVR86dBICC1.4mACMR 86